SPKT giáo trình CAD CAM CNC căn bản nguyễn ngọc đào, 96 trang

NGUYỄN NGỌC ĐÀO

GIÁO TRÌNH

CAD – CAM
CNC
CĂN BẢN

TRƯỜN G ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
2004


Truong DH SPKT TP. HCM



MỤC LỤC
MỤC LỤC
Chương 1:

TỔNG VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM -CNC

1

I. Tổng quan về CAD/CAM

2

1. Lịch sử phát triển của CAD/CAM

4

2. Định nghóa công cụ CAD/CAM

4

II. Tổ ng quan về máy công cụ điều khiể n bằng chương trình số (CNC)

10

1. Lịch sử phát triển của máy CNC

11

2. Đặc trưng cơ bản của máy CNC

12

3. Mô hình khái quát ủua một máy CNC
13
4. Các phương pháp điều khiể n

h
5. Hệ trục tọa độ trên máy CNC
Su p
H
D
ng
Trnugo trên máy CNC
6. Các bước thực hiện gia
cô

©
t
igh
opyr
C
7. Hình thức tổ chức gia công trên máy CNC
Chương 2:

uat T

y th
am K

Chi
P. Ho

h

Min

LẬP TRÌNH THỦ CÔNG

I. Cấu trúc chương trình NC

14
16
17
22
25
26

1. Địa chỉ lệnh (Address)

27

2. Lệnh (Word)

28

3. Khối lệnh (Block)

29

II. Phương thức lập trình NC

30

1. Lập trình tuyệt đối (Absolute dimensions)
2. Lập trình tương đối (Relative or Incremental dimensions)
III. Công nghệ lậ p trình phay NC

31

1. Cơ sở lập trình phay NC

31

2. Công nghệ lập trình phay NC

36

3. Lập trình phay NC với phần mềm phay mô phỏng

37

4. Ví dụ lập trình phay NC với phần mềm phay mô phỏng

46

IV. Công nghệ lập trình tiện NC
1. Cơ sở lập trình tiện NC

Thu vien DH SPKT TP. HCM -

48


Truong DH SPKT TP. HCM



2. Công nghệ lập trình tiện NC

51

3. Lập trình tiện NC với phần mềm tiện mô phỏng

56

chương 3:

LẬP TRÌNH TỰ ĐỘNG

60

I. Công nghệ lập trình tự động

61

1. Hệ thống CAD

62

2. Hệ thống CAM

62

3. Trình hậu xử lý POSTPROCESSOR

65

II. Giới thiệu phần mềm MiilCAM- Designer2

66

1. Khởi động phần mềm

66

2. Thiết kế quỹ đạo cắt và tạo chương trình NC

67

3. Ứng dụ ng AutoCAD trong thiết kế quỹ đạo cắt

72

h

n
4. Các bước thực hiện phần mềm MiilCam-Designer2
i Mi
h
C
Ho
TP.
t
a
Chương 4:
VẬN HÀNH MÁY CNC
u
h
Ky t
m
a
h
I. Vậ n hành máy phay CNC DENFORD-NOVAMILL
Su p
H
D

g
ruyonphay CNC Novamill
1. Giới thiệu chung về
Tmá
©
t
gh
pyri
o
C
2. Vận hành máy
3. Lập trình NC với hệ điều khiển FANUC-OM
II. Vận hành máy tiện CNC MAGNUM

73
74
75
75
76
80
85

1. Giới thiệu chung về máy tiện Magnum

85

2. Vận hành máy

86

3. Lập trình NC với hệ điều khiển FAGOR

88

PHỤ LỤC 1

92

PHỤ LỤC 2

106

Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
CAD/CAM - CNC
I. Tổng quan về CAD/CAM
1. Lịch sử phát triển của CAD/CAM
2. Đinh nghóa công cụ CAD/CAM

HS
ng D

o

i
opyr
1. Lịch sử phátCtriển của máy CNC

uat T

y th
am K

u ph

Chi
P. Ho

h

Min

II. Tổng quan về mágyhtcô
nrgu cụ điều khiển bằng chương trình số (CNC)
©T
2. Đặc trưng cơ bản của máy CNC
3. Mô hình khái quát ủua một máy CNC
4. Các phương pháp điều khiể n
5. Hệ trục tọa độ trên máy CNC
6. Các bước thực hiện gia công trên máy CNC
7. Hình thức tổ chức gia công trên máy CNC

1

Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔN G NGHỆ CAD/CAM - CNC
I. Tổng quan về CAD/CAM
Những năm cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD/CAM đã trở thành một lónh vực đột phá
trong thiết kế, chế tạo và sản xuất sản phẩm công nghiệ p. CAD (Computer Aided Design) là
thiết kế trợ giúp bằn g máy tính. CAM (Computer Aided Manufacture) là sản xuất với sự trợ
giúp của máy tính. Hai lãnh vực này ghép nối với nhau đã trở thành một loại hình công nghệ
cao, một lãnh vực khoa học tổng hợp của sự liên ngành Cơ khí – Tin học – Điện tử – Tự
động hóa. Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, CAD/CAM đã được nhận thức và
chấp nhận nhanh chóng trong công nghiệp (công nghiệ p dệt – may, công nghiệp nhựa, côn g
nghiệp cơ khí chế tạo ...) vì nó là hạt nhân chính để sáng tạo và sản xuất sản phẩm, để tăng
năng xuất lao động, giảm cường độ lao động và tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao độ
chính xác chi tiết và đạt hiệu quả kinh tế cao.
inch hình thành bất kỳ
Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò vô cùng quan trọng trong
việ
iM
h
C
Ho
một sản phẩm cơ khí nào. Công việc này bao gồm các akhâ
TPu. chuẩn bị thiết kế (thiết kế kết
t

u
h
Kymt, các cụm máy...), chuẩn bị công nghệ
cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sảnam
phẩ
h
Suup, thiết lập quy trình công nghệ), thiết kế và chế
(đảm bảo tính năng công nghệ của kế
t cấ
H
D
g
ruonng cụ phụ ... kế hoạch hóa quá trình sản xuất và chế tạo sản
tạo các trang bị công nghệ và
Tdụ
©
t
h
yrig
phẩm trong thời gian
Copấn định.
Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão đòi hỏi người kỹ sư phải không
ngừng nâng cao lượng thông tin trong tất cả các khâu của quá trình chuẩn bị sản xuất. Theo
các nhà khoa học đã phân tích thì tình hình thiết kế hiện nay cho thấy 90% khối lượng thời
gian thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết cho việc tính toán , chỉ có 10% thời gian giành cho
lao động sáng tạo và quyết định. Cho nên khoản g 90% khối lượ ng công việc trên có thể thực
hiện bằng máy tính điện tử hoặc máy vẽ tự động. Việc làm này vừa chính xác hơn, vừa chất
lượng hơn.
Trong sản xuất hàng loạt nhỏ, do đặc điểm là số lượng chi tiết trong loạt ít , số chủ ng
loại lại nhiều cho nên khối lượng thời gian chuẩn bị cho sản xuất rất lớn, mà dạng sản xuất

này hiện đang chiếm ưu thế trong nền kinh tế thị trường hiện nay. Tất cả điều đó phải đòi hỏi
tạo ra phương pháp thiết kế mới nhờ máy tính điệ n tử.
CAD/CAM là một lónh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế và
chế tạo. Nó dùng máy tính điện tử để thực hiện một chức năng nhất định để thiết kế và chế
tạo sản phẩm. Tự động hóa chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hóa, điều khiển
quá trình sản xuất, điều khiển quá trình cắt gọt kim loại và kiểm tra nguyên công gia công.
CAD/CAM kết nối với nhau tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động là
thiết kế và chế tạo mà lâu nay người ta coi là khác nhau và không phục thuộc vào nhau. Tự
động hóa thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kỹ sư để thiết kế
mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế. Phương tiện bao gồm máy tính điện tử,
các máy vẽ, máy in, thiết bị đục lỗ băng ...phương tiện lập trình bao gồm chương trình maùy ,

2
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



cho phép đảm bảo giao tiếp với máy vẽ và các chương trình ứng dụng để thực hiệ n chức
năng thiết kế.
Ví du: Chương trình ứng dụng có thể là chương trình phân tích lực và ứng suất trong kết
cấu, chương trình tính toán đặc tính động lực học của máy hoặc chương trình gia công chi tiết
trên máy điều khiển theo chương trình số NC hay CNC .
Mỗi một hãng, viện nghiên cứu hoặc cơ sở sản xuất có những tập hợ p chương trình ứ ng
dụng khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện sản xuất ...
Hệ thống CAD/CAM là một sản phẩm của CIM (Computer Integrated Manufacturing).
Hệ thống này được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm, hệ thống còn được
dùng để lập kế hoạch , biểu đồ , đưa ra các chỉ dẫn và thông tin đảm bảo mục đích kế hoạch

sản xuất của nhà máy… Mô hình hệ thống như sau:

CIM (COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING)
Nhu cầu

Dự báo

g DH

n
Truo
©
t
h
yrigCơ sở dữ
Cop
liệu và
thông tin

Ý tưởng

T
huat
t
y
K
ham CAD
Su p

Chi

P. Ho

h

Min

CAE

CAPP
CAM

MRP II

PP

CNC, Robots

CAQ

Hình 1.1

Đóng gói

Khách hàng

CAD

Computer Aided Design

Thiết kế với sự trợ giúp của MTĐT

CAE

Computer Aided Engineering

Phân tích kỹ thuật với sự trợ giúp của MTĐT

CAPP

Computer Aided Process Planning

Lập phương án chế tạo với sự trợ giúp của MTĐT

CAM

Computer Aided Manufacturing

Chế tạo với sự trợ giúp của MTĐT

CNC

Computer Numerical Control

Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số

CAQ

Computer Aided Quality Control

Kiểm tra chất lượng với sự trợ giúp của MTĐT

MRPII

Manufacturing Resources Planning

Hoạch định nguồn lực sản xuất

PP

Production Planning

Lập kế hoạch sản xuất

3
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



1. Lịch sử phát triển của CAD/CAM
Lúc đầu CAD/CAM là hai ngành phát triển tách biệt nhau, độc lập với nhau trong
khoảng 30 năm. Hiện nay chúng được tích hợp thành một hệ, trong đó thiết kế có thể lựa
chọn phương án tối ưu và quá trình sản xuất có thể được giám sát và điều khiển từ khâu đầu
đến khâu cuối.
Phần mềm CAD đầu tiên là SKETCHPAD xuất hiện vào năm 1962 được viết bởi Ivan
Sutherland thuộc trường kỹ thuật Massachusetts (MIT – Massachusetts Institute of
Technology). Hiện nay trên thế giới đã có hàng ngàn phần mềm CAD và một trong nhữn g
phần mềm thiết kế nổi tiếng nhất là AutoCAD. AutoCAD phiên bản đầu tiên (Release 1)

được công bố tháng 12 – 1982. Cho đến năm 1997 thì đã có phiên bản thứ 14 (Release 14).
Từ năm 2000 đế n nay, gần như mỗi năm đều có ra đời phiên bản mới.
Cũng như hệ CAD, hệ CAM được phát triển ứ ng dụng đầu tiên tại MIT cho các máy
gia công điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) bằng máy vi tính vào đầu những
năm 70.
h
Hệ tích hợp CAD/CAM ra đời vào giữa những năm 70 và80. hi Min
C
Ho
TP.
t
Dưới đây là sơ đồ phát triển của hệ thống CAD/CAM:
a
u
h
Ky t
m
a
h
Su p
H
D
ng
Truo
©
t
h
yrig
Cop
FMS

FMS

2. Định nghóa các công cụ CAD/CAM
a) Định nghóa công cụ CAD
Để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh cần thực hiệ n hai công đoạn chính là: thiết kế
và chế tạo.
Ở công đoạn thiết kế trên cơ sở thu thập thông tin, xử lý dữ liệu và kết hợp với khả
năng sáng tạo người thiết kế phân tích toàn bộ tập hợp các phương án và chọ n ra một phương
án thiết kế tối ưu.
Đối với sản phẩm có cấu trúc phức tạp, đòi hỏi nhữn g chỉ tiêu cao về thông số kỹ thuật
cũng như kinh tế , để đạt được giải pháp tối ưu, trong nhiều trường hợp công việc thiết kế và

4
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



chế tạo khô ng thể thực hiệ n một cách hoàn chỉnh bởi những phương pháp và công cụ thông
thường.
Thiết kế với sự hổ trợ của máy tính điện tử - CAD là sự ứng dụng có hiệu quả các
phương tiện công nghệ của kỹ thuật tin học , điện tử ... để giải quyết các công việc liên quan
tới công việc thiết kế.
Quá trình thiết kế nói chung bao gồm việc xác định và mô tả các giải pháp kỹ thuật cụ
thể thỏa mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật . chỉ tiêu kinh tế và có thể phân chia làm 6 giai
đoạn chính (hình 1- 2).
Việc sử dụng công cụ tin học và điện tử trong cô ng việc thiết kế -thiết kế với sự trợ

giúp của máy tính điện tử (CAD) có thể chia thành bốn cô ng đoạn chính bao gồm:
- Mô hình hóa hình học
- Tính toán kỹ thuật
- Thiết kế tối ưu

nh
i Mtikế
- Lập tài liệu kỹ thuật tự động từ mô hình đã đượcCthiế
h
Ho
TP.
t
a
u
h
Ky t
m
a
Xây dựng nhiệm vụ thiết kế
h
Su p
H
D
ng
Truo
©
t
igh
opyr
C

Thiết kế tổng thể
AutoCAD
Cimatron
GEOMETRIC
Thiết kế chi tiết
PRO engineer
MODELING

...

Tính toán phân tích

ANALYSIS

Sap 86
Nastran
Ansys...

Thiết kế tối ưu

OPTIMZATION

Sap 86
Nastran

Lập tài liệu thiết kế

DRAFTING)
(VIEWS AND
DRAWINGS

Hình 1- 2

AutoCAD
Cimatron
PRO

engineer ...

* Mô hình hình học: ng dụng hệ thống CAD để phát triển việc mô tả toán học của các
vật thể hình học. Các mô hình hình học này được lưu trữ trong hệ cơ sở dữ liệu (trong bộ nhớ

5
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



máy tính) cho phép người sử dụn g biểu diễn hình ảnh của mô hình trên các thiết bị đồ họa và
thự hiện các thao tác dựng hình.
* Tính toán phân tích kỹ thuật: sau giai đoạn thiết kế mô phỏ ng hình học, vật thể hình
học và mô hình hình học của của đối tượng thiết kế cần phải được tính toán phân tích (để
đảm bảo cac thông số kỷ thuật), ví dụ: kiểm tra độ bền, biế dạng, quá trình trao đổi nhiệt.
Quá trình tính toán phân tích kỹ thuật được thực hiện thô ng qua các phần mềm, ví dụ : phần
mềm tính toán phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn; phần mềm thiết kế động học;
phần mềm khảo sát các quá trình truyền nhiệt....
* Lập tài liệu thiết kế tự động: Đây là công việc thể hiện kết quả thiết kế - tự động tạo
các hình chiếu, tạo bản vẽ kỹ thuật bao gồm cả ghi kích thước từ mô hình 3D đã được thiết
kế.

b) Định nghóa công cụ CAM
Thực hiện quy trình sản xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử là sử dụng máy tính
để lập kế hoạch sản xuất và điều khiển sản xuất. Sơ đồ các lónh vực ứng dụng trong hệ
nh
CAM có thể được biểu diễ n theo sơ dồ trên hình 1- 3.
i Mi
h
C
Ho
TP.
t
a
u
th
CAMpham Ky
u
DH S
g
n
ruo
t©T
h
g
LẬP KẾ HOẠ
C
H
ĐIỀU KHIỂ N QUÁ
i
yr
Cop

SẢN XUẤT
TRÌNH SẢ N XUẤT

Cơ sở dữ liệu công nghệ

Điều khiển chất lượng sản phẩm

Tiêu chuẩn hóa các nguyên công

Điều khiển xưởn g

Lập trình gia công

Giám sát các quá trình sản xuất
Điều khiển quá trình sản xuất

Sắp xếp dây truyền sản xuất

Điều khiển các máy NC và CNC

Dự tính giá thành sản phẩm

Điều khiển kho vật tư và công cụ

Lập kế hoạch sản xuất

Điều khiển các tay máy người máy

Điều khiển các thiết bị vận chuyển
Hình 1- 3

6
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



Lập kế hoạch sản xuất được thực hiện ở văn phòng cho các công việc cụ thể sau đây:
- Tự động hóa thiết kế quy trình công nghệ, có nghóa là hình thành các trình tự nguyê n
công để gia công chi tiết cụ thể. Muốn thực hiện được công việc này, ngoài các dữ liệu về
hình học (bê n CAD cung cấp), còn cần các dữ liệu về công nghệ như: thông số kỹ thuật của
máy, thông số về dao cắt, thông số về gá lắp, thông số chế độ cắt và tiêu chuẩn hoá các
nguyên cô ng.
- Tự động lập chương trình gia công cho máy điều khiển theo chương trình số. Ngôn
ngữ lập trình của CAM là APT (Auto matically Programed Tool). Với APT người lập trình có
thể xác định hình dạng dụng cụ, dung sai, yếu tố hình học chuyển độn g dụn g cụ.
Nhược điểm của APT là thời gian tính toán lớn cho nhữn g chi tiết đơn giản. Ưu việt lớn
nhất của APT là nó đã trỡ thành chuẩn cho thế giới rộng lớn của máy NC.
Hệ CAM được sử dụng rộ ng rãi ở Việt Nam là MILL-CAM, LATHE- CAM
- Tự động hóa lập các định mức kỹ thuật để thực hiện từng nguyê n công công nghệ .

nh m và nguyên vật
- Tự động lên kế hoạch nhu cầu về cơ sở vật chất, mua bán thàinM
hiphẩ
h
C
Ho
liệu.
TP.

t
a
u
h
Kyu tcầu và điều kiện cụ thể.
- Tự động lập kế hoạch sản xuất có xét tớ
i yê
m
a
h
Su p
H
D
Việc điều khiển quá trình sả
n
xuấ
t
đượ
c thực hiện dưới mặt bằng phân xưởng của xí
uong
r
T
t © m các công việc điề u khiển tự động các trang thiết bị như máy
nghiệp hay nhà máy. Bao
hgồ
yrig
p
o
C n sản xuất, robốt vận chuyển, robốt cấp phôi, lấy chi tiết…; điều khiển,
công cụ, dây chuyề

giám sát hoạt động của xưởng như: chất lượng sản phẩm, cung cấp vật tư, lưu kho …
Trong tất cả nhữ ng công việc áp dụng của máy tính điện tử trên đây đòi hỏi có sự tham
gia của con người hoặc để nhập dữ liệu đảm bảo cho chương trình làm việc hoặc để giám sát
các kết quả thực hiện.
c) Định nghóa công cụ CAD/CAM
Tổ hợp CAD/CAM là một hệ thống mà ở đó mối liên kết giữa thiết kế và chế tạo được
hoàn thiện dựa trên cơ sở sử dụng thông tin và dữ liệu của quá trình CAD trực tiếp trong thủ
tục CAM. Như vậy tránh được sự hình thành một cách độc lập các dữ liệu cho chương trình
của máy tính trong lónh vực sản xuất. Mô hình công cụ CAD/CAM (hình 1 – 4):
CAD

CAM

Mô hình hóa hình học

Tính toán phân tích, thiết
kế tối ưu

Vẽ, soạn tài liệu kỹ thuật

CƠ SỞ
DỮ LIỆU
TRUNG
TÂM
CỦA
HỆ THỐNG
CAD/CAM

LẬP KẾ HOẠ CH
SẢN XUẤT

ĐIỀU KHIỂ N QUÁ
TRÌNH SẢ N XUẤT

Hình 1 - 4
7
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



Mối quan hệ CAD/CAM và tự động hóa sản xuất thể hiệ n trên hình 1- 5 là phần giao
giữa 5 phần:
Công cụ thiết kế

CAD/CAM
Công cụ sản
xuất

Hình 1- 5

Mô hình hình
học

Mạng làm
việc

Khái niệm đồ

họa máy tính
nh
i Mi
h
C
P. Ho

Trong đó :

T
huat
t
y
- Mạng làm việc là các hệ thống tổ chức sả
nKxuất, hệ thống cung cấp vật liệu và nhữ ng
ham
p
u
S
công việc thực hiện trên sàn máy, xí nghiệ
H p.
ng D
o
u
r
T
- Công cụ sản xuấitgnhư
ht © máy CNC , Robot công nghiệp .
r
y

Cop
- Công cụ thiết kế như máy tính, máy vẽ và các phần mền ứng dụng.
- Mô hình hình học là những thực thể hình học cơ sở, được sử dụn g trên bản vẽ kỹ thuật
hay trên màn hình máy tính như:
Điểm (Point) – được mô tả bởi giá trị tọa độ
Đường cong (Curve), bao gồm cả đoạn thẳng (Line) – được mô tả bằng chuỗi điểm
hoặc phương trình.
Mặt cong (Surface), bao gồm cả mặt (Face) – được mô tả bởi tập hợp điểm (hoặc lưới
đường cong), hoặc phương trình.
Khối (Solid) – được định nghóa bởi các mặt cong bao quanh.
Hệ CAD/CAM kỹ thuật đã được ứng dụng cho cơ khí từ một vài năm trước trong một số
lónh vực trong công nghiệp hàng không. Hệ tích hợp CAD/CAM đã có ở Việt Nam là
CIMATRON, MASTERCAM, PROENGINEER, DELCAM, ANPHACAM, VISI.
Để đánh giá được tầm quan trọng của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất chúng ta nên
phân tích các phạm vi hoạt động khác nhau và chức năng tương ứ ng để thực hiệ n việc
nghiên cứ u và chế tạo sản phẩm. Các thể loại công việc và chức năng của chúng trong chu
kỳ sản xuất được thể hiện trên hình 1- 6.
Chu kỳ này hoạt động theo nhu cầu của khách hàng và thị trườn g tiêu thụ. Chu kỳ sản
xuất có thể thay đổi tuỳ theo yê u cầu của khách hàng.

8
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



Có trường hợp công việc thiết kế là do khách hàng thực hiện cho nên nhà máy chỉ có
nhiệm vụ chế tạo sản phẩm đã được thiết kế đó.

Trường hợp thứ hai là nhà máy đảm nhận luôn cả công việc thiết kế và chế tạo sản
phẩm. Tuy nhiên nếu tổng quát mà nói thì đều xuất phát từ ý đồ tạo ra sản phẩm mới. Dựa
vào ý đồ tạo ra sản phẩm đó mới thiết kế sản phẩm, hoàn tất bản vẽ .
Trên bản vẽ sản phẩm phải nêu rõ các yêu cầu kỹ thuật cần phải đảm bảo trong quá
trình chế tạo. Trên cơ sở các bản vẽ chi tiết phải lập quy trình cô ng nghệ chế tạo sản phẩm
và lập kế hoạch sản xuất. Để chế tạo sản phẩm phải lập nhu cầu về trang thiết bị công nghệ
và các dụng cụ cần thiết. Kế hoạch sản xuất phải chỉ rõ thời gian và sản lượng xuất xưởng
trong thời gian đã định. Tiếp theo là công đoạn đưa vào sản xuất, chế tạo xong phải tiến
hành kiểm tra và thử nghiệm sản phẩm, cuối cùng là bàn giao cho khách hàn g.
Trong giai đoạn thiết kế sản phẩm mới, áp dụng máy tính điện tử cho phép tự động hóa
thiết kế, in các bản vẽ và tài liệu kỹ thuật.

inh

Vẽ bằng máy C
tính
hi M
o
H
TPn. tử
uatđiệ

Tự động hóa thiết
kế

ht
yrig
p
o
C

Khái niệm sản
phẩm mới

Nhu cầu thị
trường

Kiểm tra chất
lượng

Tự động hóa
kiểm tra chất
lượng

©

H Su

ng D
Truo

h
Ky t
m
a
ph

Thiết kế sản phẩm

Nhu cầu trang

thiết bị mới

Vẽ chi tiết

Kế hoạch hóa
quá trình sản
xuất

Sản xuất sản
phẩm

Tự động hóa
kế hoạch hóa
quá trình sản
xuất

Lập biểu đồ
sản xuất

Vẽ biểu đồ, lập nhu
cầu nguyên vật liệu

Trang thiết bị
điều khiển

Hình 1- 6

9
Thu vien DH SPKT TP. HCM -

Truong DH SPKT TP. HCM



Giai đoạn chuẩn bị công nghệ, nghóa là thiết kế quy trình côn g nghệ và lập biểu đồ sản
xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử . Ngoài ra máy tính điện tử còn có thể áp dụ ng điề u
khiển quá trình chế tạo chi tiết dùng tay máy, các máy điều khiển theo chương trình số
(CNC). Công đoạn cuối cùn g là kiểm tra và thử nghiệm cũng có thể tự động hóa nhờ máy
tính điện tử.
Qua đây ta thấy hệ thống CAD/CAM đóng vai trò quan trọng trong nền sản xuất hiện
đại trong tương lai, và đặc biệt là các lónh vực chuyên môn hóa cao, chẳng hạn như việc thiết
kế và chế tạo các bản mạch in thì kiểu liên kết này được sử dụng ngày càng mạnh. Từ hình 1
-6 rõ ràng CAD/CAM bao trên hầu hết các dạng hoạt động và chức năng của chu kỳ sản
xuất. Trong công đoạn thiết kế và chế tạo ở các nhà máy hiện đại, kỹ thuật tính toán phải
phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu được.

II. Tổng quan về máy công cụ điều khiển bằng chương trình số (máy CNC)
Ở các máy cắt thông thường, việc điều khiển các chuyển động cũng như thay đổi vận
tốc của các bộ phận máy đều được thực hiện bằng tay. Với cách điều khiển này, thời gian
nh
phụ khá lớn, nên không thể nâng cao năng suất lao động.
i Mi
h
C
. Ho trình điều khiển. Trong sản
TaPquá
Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hàn h tự độnguahó
t
th

xuất hàng khối, hàn g loạt lớn, từ lâu người ta dù
ngKyphương pháp gia công tự động với việc tự
m
a
ph
động hóa quá trình điều khiển bằngDcá
cSuvấu tỳ, bằng mẫu chép hình, bằng cam trên trục
H
onig máy tự động này là rút ngắn được thời gian phụ, nhưng
phân phối... Đặc điểm củat cá
Tcruloạ
©
gh
pynrixuất quá dài (như thời gian thiết kế và chế tạo cam, thời gian điều
thời gian chuẩn bịCosả
chỉnh máy ...). Nhược điểm này là không đáng kể nếu như sản xuất với khối lượng lớ n. Trái
lại, với lượng sản xuất nhỏ, mặt hàng thay đổi thường xuyên, loại máy tự động này trở nên
không kinh tế. Do đó cần phải tìm ra phương pháp điều khiển mới. Yêu cầu này được thực
hiện với việc điều khiển theo chương trình số.
Đặc điểm quan trọng của việc tự động hóa quá trình gia công trên các máy CNC là
đảm bảo cho máy có tính vạn năng cao. Điều đó cho phép gia công nhiều loại chi tiết, phù
hợp với dạng sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng loạt vừa, mà trên 70% sản phẩm của ngành chế
tạo máy được chế tạo trong điều kiện đó.
Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số – viết tắt là máy NC (Numerical Control)
là máy tự động điều khiển (vài hoạt động hoặc toàn bộ hoạt động), trong đó các hành động
điều khiển được sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng: LỆNH. Các LỆNH hợp
thành chương trình làm viêc. Chương trình làm việc này được ghi lên một cơ cấu mang
chương trình dưới dạng MÃ SỐ. Cơ cấu mang chương trình có thể là BĂNG ĐỘT LỖ, BĂN G
TỪ, hoặc chính BỘ NHỚ MÁY TÍNH.
Các thế hệ đầu, máy NC còn sử dụng các cáp logic trong hệ thống. Phương pháp điều

khiển theo điểm và đoạn thẳng (hình 1-7a và hình 1-7b), tức là khôn g có quan hệ hàm số
giữa các chuyển động theo tọa độ. Việc điều khiển còn mang tính “cứng “ nên chương trình
đơn giản và cũng chỉ gia công được những chi tiết đơn giản như gia công lỗ, gia công các
đường thẳng song song với các chuyển động mà máy có.
Các thế hệ sau, trong hệ thống điều khiể n của máy NC đã được cài đặt các cụm vi tính,
các bộ vi sử lý và việc điề u khiển lúc này phần lớn hoặc hoàn toàn “mềm”. Phương pháp
10
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



điều khiển theo đường biên (hình2.1c), tức là có mối quan hệ hàm số giữa các chuyển động
theo hướng các tọa độ. Các máy NC này được gọi là CNC (Computer Numerical Control).
Chương trình được soạn thảo tỉ mỉ hơn và có thể gia công được những chi tiết có hình dáng
rất phức tạp. Hiện nay các máy CNC đã được dùng phổ biến.
1. Lịch sử phát triển của máy CNC
Năm 1947, John Parsons nảy ra ý tưởng áp dụng điều khiển tự động vào quá trình chế
tạo cánh quạt máy bay trực thăng ở Mỹ. Trước đó, việc gia công và kiểm tra biên dạn g của
cánh quạt phải dùng các mẫu chép hình, sử dụng dưỡn g, do đó rất lâu và không kinh tế. Ý
định dùng bìa xuyên lỗ để doa các lỗ bằng cách cho tín hiệu để điều khiển hai bàn dao, đã
giúp Parsons phát triển hệ thống Digital của ông.
Với kết quả này, năm 1949, ông ký hợp đồng với USAF ( US Air Force) nhằm chế tạo
một loại máy cắt theo biên dạng tự động. Parsons yêu cầu trợ giú p để sử dụng phò ng thí
nghiệm điều khiển tự động của Viện Công Nghệ Massachusetts (M.I.T.) nơi được chính phủ
Mỹ tài trợ để chế tạo một loại máy phay 3 tọa độ điều khiển bằng bằn g chương trình số.
h
Min n máy phay và lần

Sau 5 năm nghiên cứu, J. Parsons đã hoàn chỉnh hệ thống điềhui khiể
C
P. Ho
đầu tiên trong năm 1954, M.I.T. đã sử dụng tên gọi “Máyt T
NC”.
a
u
y th
Kcho
m
Trong những năm 60, thời gian đã chín
mù
i
việc phát triển và ứng dụng các máy
a
u ph
S
H
NC. Rất nhiều thành viên của ngàn
hD
công nghiệp hàng không Mỹ đã nhanh chóng ứng dụng,
uong
r
T
phát triển và đã sản sinhghra
t ©thế hệ máy mới (CNC) cho phép phay các biên dạng phức tạp,
ri
y
p
o

tạo hình với hai, ba
C hoặc bốn và năm trục (ba tịnh tiến và hai quay).
Các nước châu Âu và Nhật Bản phát triển có chậm hơn một vài năm, nhưng cũng có
những đặc điểm riêng, chẳng nhữn g về mặt kỹ thuật, mà cả về kết cấu như kết cấu trục
chính, cơ cấu chứa dao, hệ thống cấp dao v.v...
Từ đó đến nay, hàng loạt máy CNC ra đời với đủ chủng loại và phát triển không ngừng.
Sự phát triển đó dựa vào thành tựu của các ngành: máy tính điện tử, điện tử công nghiệ p và
điều khiển tự động ... Nhất là trong thập niê n 90, máy CNC đã đổi mới nhanh chóng chưa
từng có trong lãnh vực tự động.
2. Đặc trưng cơ bản củ a máy CNC
a) Tính năng tự động cao
Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự
động được nân g cao vượt bậc. Tuỳ từn g mức độ tự động, máy CNC có thể thực hiệ n cùn g
một lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự
động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa
dao và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi khu vực cắt …
b) Tính năng linh hoạt cao
Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại chi tiết
khác nhau. Do đó rút ngắn được thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiệ n
thuận lơi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ.

11
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng nhữn g chi tiết đã có chương trình. Vì

thế, không cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chương trình của chi tiết đó.
Máy CNC gia công được những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh hoạt khi
nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia công có thể thực
hiện ngoài máy, trong các văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thông qua các thiết bị
vi tính, vi sử lý ...
c) Tính năn g tập trung nguyên công
Đa số các máy CNC có thể thực hiện số lượng lớn các nguyên cô ng khác nhau mà
không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết. Từ khả năng tập trung các nguyên công, các máy
CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia công CNC.
d) Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao
Giảm được hư hỏng do sai sót của con người. Đồng thời cũng giảm được cường độ chú
ý của con người khi làm việc.
Có khả năng gia công chính xác hàng loạt. Độ chính xác lặp lạii,Mđặ
inhc trưng cho mức độ
h
C
Hoa máy CNC.
ổn định trong suốt quá trình gia công là điểm ưu việt tuyệt đốPi. củ
T
t
a
u
th
Máy CNC với hệ thống điều khiển khépam
kínKycó khả năng gia công được những chi tiết
ph
Scu. Nhữ
chính xác cả về hình dáng đến kích thướ
ng đặc điểm này thuận tiện cho việc lắp lẫn,
H

D
ng
o
u
r
giảm khả năng tổn thất phôti ©liệ
T u ở mức thấp nhất.
gh
i
r
y
opn dạng phức tạp
e) Gia côn g C
biê
Máy CNC là máy duy nhất có thể gia công chính xác và nhanh các chi tiết có hình
dáng phức tạp như các bề mặt 3 chiều.
f) Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao
- Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu. Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá và
các phụ tùng khác.
- Giảm phế phẩm.
- Tiết kiệm tiền thuê mướ n lao động do khô ng cần yê u cầu kỹ năng nghề nghiệp nhưng
năng suất gia công cao hơn.
- Sử dụ ng lại chương trình gia công.
- Giảm thời gian sản xuất.
- Thời gian sử dụng máy nhiề u hơn nhờ vào giảm thời gian dừn g máy.
- Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất.
- CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia công loại chi tiết này sang loại khác với
thời gian chuẩn bị thấp nhất.
Tuy nhiên máy CNC không phải không có những hạn chế. Dưới đây là một số hạn chế:
- Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là tiền vốn

đầu tư ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt.

12
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



- Yê u cầu bảo dưỡn g cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ thống cơ khí, điện
của nó rất phức tạp. Để máy gia công được chính xác cần thường xuyê n bảo dưỡ ng. Người
bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện.
- Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản.
3. Mô hình khái quát của một máy CNC
Phần điều khiển

Phần chấp hành
Phôi

Chương trình điều khiển

Bàn phím
điều khiển
- ĐK tay
- ĐK tự động

- Chuyển độn g
- Vận tốc
Các cơ cấu

điều khiển

u
DH S
g
n
uo
Tín hiệ
ut © Tr Màn hình
h
g
i
yr
Cop

P.
uat T

h
- Vị
Kytrít
m
a
ph

Máy cắt
nh
i Mi kim loại

h

Ho C

- Báo lỗi
Chi tiết gia công

Máy gồm hai phần chính:
a) Phần điều khiển: Gồm chương trình điề u khiển và các cơ cấu điều khiển.
- Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu (gọi là lệnh – được trình bày kỹ ở
chương II) để điề u khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số và môt số ký hiệu khác
như dấu cộ ng, trừ, dấu chấm, gạch nghiê ng ... Chương trình này được ghi lên cơ cấu mang
chương trình dưới dạng mã số (cụ thể là mã thập - nhị phân như băng đục lỗ, mã nhị phân
như bộ nhớ của máy tính)
- Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép
biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành,
đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu được gửi về từ các cảm
biến liên hệ ngược. Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín
hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuyếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận
tốc, , bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu.
Đây là thiết bị điện – điện tử rất phức tạp, đóng vai trò cốt yếu trong hệ thống điều
khiển của máy NC. Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này đòi hỏi có kiến thức
từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới thiệu khái quát.
b) Phần chấp hành: Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động
hóa như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, hút thổi phoi, cấp phôi ...

13
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM

Cũng như các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt
kim loại để tạo hình chi tiết. Tùy theo khả năng công nghệ của loại máy mà có các bộ phận :
Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trược, bàn máy, trục chính, ổ chứa dao, các tay
máy ...
Kết cấu từn g bộ phận chính chủ yếu như máy vạn năng thông thường, nhưng có một
vài khác biệt nhỏ để đảm bảo quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính xác, năn g
suất và đặc biệt là mở rộng khả năng công nghệ của máy.
- Hộ p tốc độ: Phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, thường là truyền động vô cấp, trong đó
sử dụng các ly hợp điện từ để thay đổi tốc độ được dễ dàng.
- Hộp chạy dao: Có nguồn dẫn động riêng, thường là các động cơ bước. Trong xích
truyền độ ng, sử dụng các phương pháp khử khe hở của các bộ truyền như vít me – đai ốc bi...
- Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao tự động.
Nhiều máy có ổ chứa dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự động hiệu chỉnh khi dao bị
mòn ...
nh
i Mi khác nhau bảo đảm
h
Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điều khiển Hthích
nghi
C
P. o
một hoặc nhiều thông số tối ưu như các thành phần lựtchcắ
uatt, Tnhiệt độ cắt, độ bóng bề mặt, chế
y
độ cắt tối ưu, độ ồn, độ rung ...
am K
h
p

u
DH S
g
n
4. Các phương pháp điều khiể
ruo n
t©T
h
g
i
yr
Cop

a)

Hình 1 - 7
Các phương pháp điều khiể n

hoặc
b)

c)

- Điều khiển điể n (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các lỗ bằng các
phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ. Ở đây chi tiết gia công được gá cố định trê n
bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình. Khi đạt tới các
điểm đích dao bắt đầu cắt (hình 1-7a), tuy nhiên cũng có trường hợp dao không dịch chuyể n
14
Thu vien DH SPKT TP. HCM -

Truong DH SPKT TP. HCM



mà bàn máy dịch chuyển. mục đích chính cần đạt là các kích thước vị trí của các lỗ phải
chính xác, còn q đạo chuyể n độn g là của dao hay của bàn máy điều không có ý nghóa lắm.
Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời theo hai trục hoặc điều khiển kế
tiếp nhau.
- Điều khiển đường thẳng (hình1-7b) là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt
thực hiện lượng chạy dao theo một đườ ng thẳng nào đó song song với một trục tọa độ. Dạng
điều khiển này được dùng cho các máy phay và máy tiện đơn giản.
- Điều khiển theo đườ ng viền (theo contour, hình 1-7c) cho phép thực hiện chạy dao
trên nhiều trục cùng lúc.
Tùy theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt: điều khiển
đường viề n 2D, điều khiển đườ ng viền 2.5D và điều khiể n đường viền 3D, 4D, 5D.
Điều khiển đườn g viền 2D cho phé p thực hiện chạy dao theo hai trục đồng thời trong
một mặt phẳng gia công, ví dụ, trong mặt phẳng XZ hoặc XY trên hình 1-8a. Trục thứ ba
được điều khiể n hoàn toàn độc lập với hai trục kia.
nh
i Mi
h
C
o ng thời theo hai trục nào đó
Hđồ
Điều khiển đườn g viền 2.5D (hình 1-8b) cho phép ăn dao
TP.
t
a
u

h
để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định.
Ky tTrên máy CNC có 3 trục X, Y, Z ta sẽ
m
a
phc Y và Z.
điều khiển được đồng thời X và Y; X và ZSuhoặ
H
D
ng
Truo
©
t
igh
opyr
C
a)
b)

Hình
1-8

Điều khiển đườ ng viền 3D cho phép đồâng
thời chạy dao theo cả 3 trục X, Y, Z. Cả ba trục
chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệ
ràng buộc hàm số, (hình 1-9).
Ta thấy đường viền được gia công do cả
3 lượng chạy dao theo trục X, Y, Z tạo thành.
Điều khiển đường viền 3D được ứng dụng để
gia công các khuôn mẫu, gia công các chi tiết

có bề mặt không phức tạp.

Hình 1-9

15
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



Điều khiển 4D (hình 1-10a)và điều khiển 5D (hình 1-10b): Ngoài các trục tịnh tiến X,
Y và Z ở đây còn các trục quay cũng được điều khiển số. Nhờ điều khiển 4D và 5D người ta
có thể gia công các chi tiết phức tạp như các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực hoặc các
cánh tuabin.

Hình 1-10b Điều khiển đường viền 5D.

Hình 1-10a Điều khiển đường viền 4D.

Chi
P. Ho

5. Hệ trục tọa độ trê n máy CNC

h

Min

tT
huagia
t
y
Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọ
t
khi
công chi tiết trên máy CNC phải
am K
h
p
u nguyên tắc bàn tay phải. Trong đó có ba chuyể n
nằn trong một hệ trục tọa độ Descarte Htheo
D S
g
n
động tịnh tiến theo các trục và
ba
ruochuyển động quay theo các trục tương ứng.
t©T
h
g
i
yr
Cop

- Trục Z tương ứng với phương trục chính của máy CNC, chiều dương là chiều làm tăng
khoảng cách giữa dao và chi tiết gia công. Chiều quay dương cùng chiề u kim đồng hồ (nhìn
từ gốc tọa độ).
- Trục X tương ứng chuyển động tịnh tiến lớn nhất của máy CNC. Ví dụ trên máy phay

là chuyển động chạy dao dọc, trê n máy tiện là chuyển động chạy dao ngang. Chiều dương là
chiều làm tăng khoảng cách giữa dao và chi tiết.
- Trục Y hình thành với hai trục trên trong hệ trục tọa độ. Ví dụ trên máy phay chính là
chuyển độ ng chạy dao ngang của bàn máy, trên máy tiện không có trục này.
Lưu ý khi xét hệ trục tọa độ của máy CNC phải coi như chi tiết đứng yên, cò n dao
chuyển độ ng theo các phương của hệ trục tọa độ.
Hệ trục tọa độ của máy CNC được đặt vào các loại chuẩn cơ bản sau:

16
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



M (Machine Point): Chuẩn máy. Máy sẽ đo lường từ vị trí này đến các vị trí khác khi
làm việc. Không thể thay đổi.
R (Reference Point): Chuẩn quy chiếu của máy, dùng để đóng kín khô ng gian làm
việc của máy. Không thể thay đổi.
T (Tool Offset): Chuẩn dao. Để xác định vị trí dao cắt sau khi đã lắp dao vào ổ dao.
Không thể thay đổi.
W ( Work Point): Chuẩn chi tiết. Dùng làm gốc của hệ tọa độ làm việc trong quá
trình gia công. Có thể thay đổi theo ý muốn của người công nghệ. Chuẩn này chính là chuẩn
công nghệ vì vậy phải được chọn trong không gian làm việc của máy.
P ( Program Point): Chuẩn thảo chương. Dùn g làm gốc của hệ tọa độ trong quá trình
soạn thảo chương trình. Có thể thay đổi theo ý muốn của người lập trình. Chuẩn này nên
trùng với chuẩn thiết kế trê n bản vẽ chi tiết.
6. Các bước thực hiện gia cô ng trê n máy CNC

nh
i Mi
h
C
Ho
P. bó
- Đọc hiểu bản vẽ chi tiết: Hình dáng, độ chínhhxá
ct, Tđộ
ng và vật liệu.
a
u
yt
K
am
- Chọn phôi, chọn máy và cách gáSlắ
u pph.
H
gD
ruon hợp lý. Chọn dao và xác định chế độ cắt gọt cho từng
- Chọn tiến trình côn©gTnghệ
t
righu nguyên công.
yphiế
bước công nghệ. Lậ
p
p
o
C
a) Nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết

b) Thiết kế quỹ đạo cắt
- Lập quỹ đạo chuyển độ ng của dao thật chi tiết, hợp lý và chính xác.
- Tính toán tọa độ của các điểm chuyển tiếp trên quỹ đạo chuyể n độn g của dao.
Ví dụ phay:
Phôi

Quỹ đạo chuyển
động của dao

Điểm chuyển tiếp
Quỹ đạo chuyển
động của dao

6

7
8

Dao cắt
5
1

2

3

4
Đường bao chi tiết

Chi tiết gia công

17
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



Trên hình quỹ đạo chuyể n động của dao phay là quỹ đạo chuyể n động của điểm tâm
và mặt đầu dao phay. Để xác định quỹ đạo chuyển động đó, khôn g phải biên dạng cắt gọt
nào cũng xác định dễ dàng mà chỉ gặp những biên dạng song song với các tọa độ của máy
CNC mà thôi. Trườn g hợp đối với các biên dạng phức tạp hơn (2D hoặc 2,5D) người lập trình
có thể dùng biên của chi tiết yêu cầu làm quỹ đạo chuyển động của dao nhưng lúc này phải
hiệu chỉnh bán kính dao phay. Vấn đề hiệu chỉnh bán kính dao như thế nào cho biên dạn g
được cắt gọt ra cho đúng, kỹ thuật lập trình NC sẽ giải quyết ở chương sau.
Đối với các bề mặt gia công phức tạp hơn (3D, 4D hoặc 5D) quỹ đạo chuyển động
của dao phay phải được xác định nhờ trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng.
* Ví dụ tiện:
Tọa độ các điểm chuyển tiếp

X

Quỹ đạo cắt thô

ht
yrig
p
o
C

©

H Su

ng D
Truo

Ky t
m
a
ph

Quỹ đạo
cắt tinh
nh
i Mi
h
C
Ho
TP.
Z
t
a
u
h
Phôi

Chi tiết

Dao tiện luôn luôn có bán kính cong R ở mũi dao. Để gia công chính xác, ta phải quan

tâm đến kích thước này. Khi chương trình chỉ thị dao tiện đến tọa độ các điểm chuyể n tiếp thì
điểm đo dao sẽ đến các tọa độ đó, vì vậy khi gia công những đường cong hoặc nghiên g
(không song song với hai chuyển động chạy dao của máy tiện) sẽ gặp phải sai số. Để khắc
phục sai số đó phải hiệu chỉnh bán kính mũi dao.
Ví dụ: Để tiện tinh biên dạn g (0-1-2-3-4-5) của một chi tiết, hình vẽ dưới minh họa cho
thấy nếu không hiệu chỉnh bán kính mũi dao, biên dạng chi tiết sau gia công sẽ mắc phải sai
số.
Qũy đạo
tâm mũi
dao

5

XT

Quỹ đạo tâm mũi dao khi có hiệu chỉnh bán
kính mũi dao

4
3

Dao

Sai số
Biên dạng
chi tiết

Chi tiết
gia công

2

0

1
Biên dạng dao
cắt được

R

Điểm
đo dao

18
Thu vien DH SPKT TP. HCM -

ZT


Truong DH SPKT TP. HCM



Vị trí đo dao là điểm nối của hai phương đo theo tọa độ của máy tiện CNC (Z T và XT).
Khi chương trình chỉ thị dao đế n các điểm chuyển tiếp trên biên cắt của chi tiết (0-1-2-3-4-5)
thì điểm đo dao sẽ đến các vị trí (0-1-2-3-4-5). Như vậy trê n hình thấy rất rõ điểm 1, 2, 3 của
chi tiết không nằm trê n lưỡi cắt khi mũi dao có bán kính cong R. Kết quả biên dạng chi tiết
sau khi cắt sẽ mắc phải sai số (đoạn có tuyến ảnh).
Để xác định được vị trí đo dao, người ta dùng cơ cấu đo dao sau khi đã lắp dao vào cơ
cấu mang dao. Ví dụ một cơ cấu đo dao:

Z

X

uat T

y th
am K

Chi
P. Ho

h

Min

h
Su p
H
D
uongn NC
c) Lập chương trình điề© uTrkhiể
t
h
yrig trọng nhất để gia công được trên máy CNC. Có hai phương pháp
Đây là bướCcopquan
lập trình :
- Phương pháp lập trình thủ công (Manual Programming): Là phương pháp lập trình
không có sự trợ giúp của máy tính, người lập trình có thể tự biê n soạn chương trình NC trê n

cơ sở nhận dạng hoàn toàn chính xác tọa độ chạy dao. Khả năng lập trình thủ công được coi
là yêu cầu cơ bản đối với người lập trình NC, bởi vì có kỹ năng lập trình này, người lập trình
mới có khả năng hiểu, khả năng đọc và sửa đổi chương trình khi trực tiếp vận hàn h máy
CNC.
Phần lớn các phần mềm lập trình NC là sản phẩm của chính nhà sản xuất hệ điều
khiển, thường cung cấp kèm theo máy CNC. Khả năng lập trình của những phần mềm này
nói chung rất hạn chế. Phần lớn chỉ có khả năng lập trình cho những quỹ đạo cắt 2D; 2,5D
đơn giản và chu trình gia công cơ bản .
Phương pháp lập trình này có thể kiểm tra biên dạng cắt bằng cách mô phỏn g trê n
máy tính với phần mềm NC hoặc trực tiếp trên hệ điều khiển của máy CNC. Để truyền
chương trình NC vào hệ điều khiển máy ta có thể thực hiện bằng hai cách:
C1. Nhập từ vật mang tin trung gian như bìa đục lỗ, băng đục lỗ, băng từ, đóa từ …
PHÒNG THIẾT KẾ

BẢN VẼ

PHÒNG CÔNG NGHỆ
Bản vẽ
YCKT

LẬP TRÌNH
Hình học
&
công nghệ

XƯỞN G MÁY
Vật
mang tin

19

Thu vien DH SPKT TP. HCM -

MAÙY
NC/CNC


Truong DH SPKT TP. HCM



C2 . Nhập từ panel điều khiển theo chế độ MDI (Manual Data Input) trên máy CNC
Bản vẽ

BẢN VẼ

YCKT

MÁY
NC/CNC

Hầu hết các cơ sở sản xuất sử dụng máy NC/CNC kết hợp hai cách trên để lập trình.
Phương pháp ghi chương trình trên băng đục lỗ, băng từ hiện nay chỉ còn sử dụng cho các thế
hệ máy NC cũ.
- Phương pháp lập trình tự động (Automatically Programming): Là phương pháp lập
trình nhờ sự trợ giúp của máy tính. Phương pháp lập trình này bằng ngôn ngữ xử lý hình học
(APT – Automatically Programmed Tool) hoặc phần mềm CAD/CAM tích hợp như công cụ
trợ giúp để chuyển đổi tự động dữ liệu hình học và dữ liệu công nghệ thành chương trình NC.
nh
i Mi
h

C
Ngày nay phương pháp lập trình bằng các phần mềm. HCAD/CAM
đã được sử dụng
o
TP
t
a
u
khá phổ biến và rất có hiệu quả, đặc biệt cho các trườtnhg hợp gia công mặt cong phức tạp.
y
am K
h
p
u
DHNSG CÔNG NGHỆ
PHÒNG THIẾT KẾ
g
PHÒ
XƯỞN G MÁY
n
Truo
©
t
igh
PHẦN MỀM CAD/CAM
MÁY CNC
opyr
C
NGÔN NGỮ XLHH
Chương

Chương
PHẦN MỀM NC
DNC
trình NC
trình NC
Dữ liệu HH và CN
Nhậ p thông số CN
(MDI)

Post-processing

d) Kiểm tra chương trình điều khiển NC
Chương trình sau khi soạn thảo cần phải kiểm tra, hiệu chỉnh. Đây cũng là khâu quan
trọng trước khi gia công trên máy. Có hai cách kiểm tra như sau :
- Kiểm tra thủ công: Dò chương trình bằng mắt và vẽ ra chi tiết gia côn g bằng tay.
Cách này thực hiện khi điều kiệ n máy tính và phần mềm không có.
- Kiểm tra bằng máy tính: Chương trình soạn thảo được nhập vào máy tính, cho chạy
mô phỏng trên phần mềm phù hợp. Dựa trên quỹ đạo chuyển động của dao và hình dáng chi
tiết hình thành mà sửa đổi chương trình hay dao cắt, chế độ cắt ...
Các phần mềm CAD/CAM đều có chức năng kiểm tra và mô phỏng trê n phần mềm.
e) Điều chỉnh máy CNC
Đây là công việc làm sao cho máy CNC biết được chi tiết gia công được đặt ở đâu
trên máy và dụng cụ cắt có kính thước ra sao ? Hay nói cách khác, muốn gia công được
chính xác thì chuỗi kích thước công nghệ của hệ thống công nghệ (bao gồm: Máy - Dao - Gá
- Chi tiết) phải được khép kín. Có nghóa là:
n

 Ki  0

Trong đó:

i 1

20
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



Ki - Các kích thước trong chuỗi kích thước
công nghệ
n - Số khâu trong chuỗi kích thước công nghệ
Khi thiết kế và chế tạo một máy CNC, người ta đã xác định cho máy một điểm chuẩn
đo lường. Điểm chuẩn đó có thể cố định tại một vị trí nhưng cũ ng có thể khôn g cố định tù y
vào hệ điều khiển và cấu trúc của máy.
Khi gia công chi tiết trên máy CNC, việc chuẩn bị công nghệ (trong đó có gá lắp,
dụng cụ cắt) và chương trình điều khiển được thực hiện bên ngoài máy CNC. Vậy khi nối kết
chúng lại (Máy – Dao – Gá – Chi tiết) phải tuân theo một chuỗi kích thước công nghệ khé p
kín. Lúc đó máy CNC mới điều khiển gia công theo chuẩn của nó một cách chính xác được.
Ví dụ về mối quan hệ giữa các chuẩn trên hệ tọa độ máy tiện CNC:

ight
opyr

C

uo

© Tr

HS
ng D

uat T

y th
am K

u ph

Chi
P. Ho

h

Min

ZM
ZM – Độ lệch giữa chuẩn máy và chuẩn thay dao theo phương Z. Máy đã biết.
ZW – Độ lệch giữa chuẩn máy và chuẩn chi tiết theo phương Z. Người gia công phải xác định
và báo cho máy biết.
Z1 – Tọa độ Z của điểm 1 do người lập trình soạn thảo trong chương trình.
R – Bán kính của mũi dao tiện. Người gia công phải báo cho máy biết.
ZT – Độ lệch giữa chuẩn dao với vị trí đo dao sau khi lắp dao vào cơ cấu mang dao theo
phương Z. Người gia công phải xác định và báo cho máy biết.
Zo – Khoảng cách di chuyển của dao từ vị trí thay dao tới vị trí chuẩn bị gia côn g theo
phương Z. Máy tự tính toán khi chuỗi kích thước công nghệ được kép kín.
Z0 = Z M – Z W – Z 1 – R – Z T

Tương tự như vậy cho phương X.
Để thực hiện được công việc điều chỉnh máy CNC, ta phải:

21
Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCM



- Chuẩn bị phôi, dao cắt và đồ gá. Đồ gá được cố định trong không gian gia công trên
bàn máy (phải được rà vuông góc hoặc song song với các phương chuyển độ ng của máy).
- Định vị và kẹ p chặt phôi trên đồ gá.
- Thực hiện các bước “Vận hành máy” cho từ ng máy CNC cụ thể.
f) Gia công chi tiết trên máy CNC
- Đưa chương trình gia công ra màn hình điều khiể n, kiểm tra lại chương trình một lần
nữa và đặc biệt phải kiểm tra các đường chạy dao không cắt thật kỹ.
- Gia công.
7. Hình thức tổ chức gia công trên máy CNC
a) Lập trình thủ công, nhập chương trình trực tiếp lên máy CNC

ight
opyr

C

uo

© Tr

HS
ng D

uat T

y th
am K

u ph

Chi
P. Ho

h

Min

22
Thu vien DH SPKT TP. HCM -